УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК H01L21/3065 

Изобретение относится к устройствам для генерирования плазмы высокой плотности и может быть использовано для травления изделий микроэлектроники.

В настоящее время широкое использование получили устройства для генерации плазмы высокой плотности с применением высокочастотных генераторов.

Известен реактор для плазменной обработки полупроводниковых структур, содержащий камеру с системой подвода и отвода газа, систему генерации плазмы, состоящую из многозаходной спиральной антенны и системы согласования для соединения антенны с ВЧ-генератором, подложкодержатель, установленный в основании камеры с возможностью подачи на него потенциала смещения (патент РФ №2133998, МПК H01L 21/3065, 1999 г.).

Хотя в данном техническом решении плазма основного разряда и плазма разряда, связанная с подачей на подложку, смещения самосогласованны, однако недостатком является отсутствие возможности управлять равномерностью травления.

Известно также устройство для создания однородной плазмы с рабочей зоной большой площади на основе разряда в ВЧ-СВЧ-диапазонах, включающее вакуумную камеру, средства для откачки вакуумной камеры, средства для напуска газа в рабочую камеру, генератор переменного напряжения, узел генерации плазмы в виде антенны, подложкодержатель с обрабатываемым объектом, подсоединенный к дополнительному генератору переменного напряжения через узел согласования (патент РФ №2124248, 1 МПК Н05Н 1/24, 1998 г.).

К недостаткам известного устройства относится также невозможность активного управления процессом обработки изделия и большие габариты устройства, связанные с поставленной задачей - создание однородной плазмы с рабочей зоной большой площади.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков относится устройство для плазмохимического травления, содержащее вакуумную камеру, генератор переменного напряжения высокой частоты, соединенный высокочастотным кабелем и взаимодействующий через согласующее устройство с генерирующей плазму спиральной антенной, расположенной внутри вакуумной камеры, подложкодержатель с обрабатываемым изделием, взаимодействующий через дополнительное согласующее устройство с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты (патент РФ №2171555, МПК Н05Н 1/46, 2001 г. - прототип).

Недостатками прототипа являются отсутствие возможности управлять равномерностью травления, размещение антенны со слоем диэлектрика непосредственно в вакууме, что негативно влияет на чистоту газовой среды в камере.

Задачей настоящего изобретения является автоматическое управление равномерностью плазмохимического травления изделия, понижение потребления мощности, уменьшение габаритов устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для плазмохимического травления, содержащем вакуумную камеру, генератор переменного напряжения высокой частоты, соединенный высокочастотным кабелем и взаимодействующий через согласующее устройство с генерирующей плазму спиральной антенной, расположенной внутри вакуумной камеры, подложкодержатель с обрабатываемым изделием, взаимодействующий через дополнительное согласующее устройство с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты, согласующее устройство соединено со спиральной антенной посредством полого вала, установленного с возможностью реверсивного вращения, при этом свободный конец полого вала входит в вакуумную камеру через вакуумный ввод вращения и на нем жестко закреплен полый рычаг, к которому герметично прикреплен со смещением от оси вращения полого вала диэлектрический колпак с размещенной в нем спиральной антенной, подложкодержатель выполнен в виде стола с возможностью вращения, при этом устройство дополнительно содержит средство программного управления скоростью поворота полого вала и скоростью вращения стола.

Задача решается также за счет того, что спиральная антенна выполнена из полой трубки, концы которой путем изгиба направлены внутрь полого вала для подачи охладителя, причем пространство между трубками и стенками вала заполнено диэлектриком.

Технический результат достигается благодаря тому, что согласующее устройство взаимодействует со спиральной антенной в режиме реверсивного вращения, при котором антенна движется по дуге окружности через центр вакуумной камеры. Поскольку при этом вращается стол с обрабатываемым изделием, травление изделия происходит по траектории в виде спирали. Кроме того, наличие диэлектрического колпака позволяет отделить спиральную антенну от вакуума. В результате внутри колпака - атмосферное давление, а снаружи - вакуум. Следовательно, нет необходимости заполнять антенну диэлектриком, который, как правило, выполняется из полимеров, а их присутствие в вакууме нежелательно.

Наличие средства программного управления скоростью поворота полого вала и скоростью вращения стола позволяет регулировать шаг спирали: чем он больше, тем больше неравномерность травления, и наоборот. Таким образом, за один оборот изделия антенна должна сдвигаться на определенный, заданный шаг и в результате последовательно сканировать всю площадь изделия. Поэтому даже изделия с большими габаритами можно травить антенной небольшого диаметра. Известно, что, чем меньше диаметр антенны, тем меньшую мощность она потребляет. Выполнение антенны заодно с трубками для охлаждения упрощает конструкцию устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена общая схема устройства, на фиг.2 дан поперечный разрез устройства, на фиг.3 изображен узел генерации плазмы, на фиг.4 - спиральная антенна.

Устройство для плазмохимического травления состоит из вакуумной камеры 1, генератора переменного напряжения высокой частоты 2, соединенного высокочастотным кабелем 3 через согласующее устройство 4 со спиральной антенной 5, закрытой с использованием вакуумного уплотнения 6 диэлектрическим колпаком 7, посредством полого вала 8, установленного на радиальных подшипниках (не показаны) в корпусе 12, приводящемся в реверсивное движение с помощью электропривода 9 через зубчатую передачу 10. Свободный конец полого вала входит в вакуумную камеру через вакуумный ввод 11, представляющий собой уплотнительную манжету, который позволяет передавать реверсивное движение полого вала в вакуумную камеру, не нарушая ее герметичности. К торцу полого вала жестко присоединен полый рычаг 13, к которому в свою очередь герметично прикреплен диэлектрический колпак. При этом концы спиральной антенны, выполненной из полой трубки 14, плавно переходят через полости диэлектрического колпака и рычага во внутрь полого вала для подачи охладителя. В нижней части вакуумной камеры размещен стол (подложкодержатель) 15 с обрабатываемым изделием 16, который приводится во вращение от электропривода 17 через зубчатую передачу 18. Стол взаимодействует через дополнительное согласующее устройство 19 с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты 20. Устройство дополнительно содержит средство программного управления 21, взаимодействующее с электроприводами, а вакуумная камера снабжена патрубком высоковакуумной откачки 22 и загрузочным патрубком 23.

Устройство работает следующим образом.

На стол 15 через загрузочный патрубок 23 размещают изделие 16, затем осуществляют откачку воздуха из вакуумной камеры 1 через патрубок 22. Далее в вакуумную камеру 1 подают рабочий газ. Для изделий из кремния используют рабочие газы, например: SF₆, Cl или HB₂; для изделий из кварца - CF₄, C₃F₈, C₄F₈ в сочетании с H₂.

Потом включают электропривод 9 и спиральная антенна 5 с помощью полого вала 8 начинает совершать сканирующее перемещение от центра (фиг.2, положение «А») вакуумной камеры 1 к ее периферии (фиг.2, положение «Б») и при помощи реверсивного поворота электропривода 9 возвращается обратно.

Средство программного управления 21 задает скорость реверсивного перемещения антенны 5 через полый вал 8 таким образом, чтобы обеспечить требуемую равномерность плазмохимического травления поверхности изделия 16.

Затем включают вращение электропривода 17 стола 15.

Средство программного управления 21 задает скорость вращения стола 15, чтобы также обеспечить требуемую равномерность плазмохимического травления поверхности изделия 16.

Таким образом, скорости вращения стола 15 и антенны 5 согласуются при помощи программно-аппаратного комплекса, заложенного в средство программного управления 21.

От генератора переменного напряжения высокой частоты 2 через согласующее устройство 4 подается переменное напряжение высокой частоты на спиральную антенну 5. При этом в объеме вакуумной камеры 1 вблизи антенны образуется плазма, состоящая из ионов компонентов рабочего газа.

От дополнительного генератора переменного напряжения высокой частоты 20 через дополнительное согласующее устройство 19 подается переменное напряжение высокой частоты на стол 15. При этом появляется потенциал автосмещения, за счет которого ионы рабочего газа вытягиваются из плазмы к поверхности изделия 16 и осуществляют ее плазмохимическое травление.

Технический результат выражается в возможности автоматического управления равномерностью плазмохимического травления изделия, уменьшении габаритов спиральной антенны в сравнении с прототипом, что позволяет уменьшить габариты всего устройства в целом, снизить потребляемую мощность.

Изобретение относится к устройствам для генерирования плазмы высокой плотности и может быть использовано для травления изделий микроэлектроники. Устройство для плазмохимического травления содержит вакуумную камеру, генератор переменного напряжения высокой частоты и подложкодержатель с обрабатываемым изделием. Генератор соединен высокочастотным кабелем через согласующее устройство с генерирующей плазму спиральной антенной, размещенной в вакуумной камере. Подложкодержатель взаимодействует через дополнительное устройство с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты. Согласующее устройство связано со спиральной антенной посредством полого вала, входящего в вакуумную камеру через вакуумный ввод вращения. На конце вала жестко закреплен полый рычаг. К полому рычагу прикреплен со смещением от оси вращения полого вала диэлектрический колпак с размещенной в нем спиральной антенной. Полый вал и подложкодержатель имеют автономные приводы вращения. Средство программного управления автоматически регулирует скорость вращения каждого привода, обеспечивая необходимую равномерность травления изделия. Изобретение обеспечивает уменьшение габаритов всей установки и снижение потребляемой мощности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для плазмохимического травления, содержащее вакуумную камеру, генератор переменного напряжения высокой частоты, соединенный высокочастотным кабелем и взаимодействующий через согласующее устройство с генерирующей плазму спиральной антенной, расположенной внутри вакуумной камеры, подложкодержатель с обрабатываемым изделием, взаимодействующий через дополнительное согласующее устройство с дополнительным генератором переменного напряжения высокой частоты, отличающееся тем, что согласующее устройство соединено со спиральной антенной посредством полого вала, установленного с возможностью реверсивного поворота, при этом свободный конец полого вала входит в вакуумную камеру через вакуумный ввод вращения и на нем жестко закреплен полый рычаг, к которому герметично прикреплен со смещением от оси вращения полого вала диэлектрический колпак с размещенной в нем спиральной антенной, подложкодержатель выполнен в виде стола с возможностью вращения, при этом устройство дополнительно содержит средство программного управления скоростью поворота полого вала и скоростью вращения стола.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спиральная антенна выполнена из полой трубки, концы которой путем изгиба направлены внутрь полого вала для подачи охладителя, причем пространство между трубками и стенками вала заполнено диэлектриком.